污水处理厂改造工程可行性研究报告.docx

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污水处理厂改造工程可行性研究报告

前言

X市位于A省西部，B平原的西缘，C岭东南侧，地理位置为东经，北纬，年平均气温3.4摄氏度，年平均降水量520.3mm，年日照2708小时，无霜期135天，常年主导风向为西北风，夏季多南风，属温带大陆性气候。

市域内C河由北向南贯穿全境，，矿产资源储量较大，土质肥沃。

X市位于C河上游。

近年来，由于X市经济发展比较迅速，人民生活水平不断提高。

截至2002年止，X市（中心城区）总用水量已达42.08万吨/日，预计到2020年用水量为65.7万吨/日。

从可利用水量上看，X是虽然不算极端缺水城市，但如果用水量继续持续增长，势必影响下游城市的可利用水量，增加水利部门对水资源的调配难度。

另外，由于X市污水量已达38万吨/日，虽然已经经过污水处理厂处理并达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918－2002）二级排放标准（原设计标准）。

即便如此，每年污水处理厂排放的COD仍达13870吨。

根据国务院、国家环保局对C河水质安全保护及节能减排的要求，X市已建成的10万m3/d污水处理厂在2008年前需进行升级改造，增加除磷脱氮工艺，使之出水能够达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918-2002一级标准中的B类标准。

配合国家和地方将C河水质保护和节能减排工作落到实处。

X市污水处理厂从全局发展出发，委托我院进行X市（中心城区）污水处理厂改造工程的可行性研究报告的编制工作。

我院派出工作组对原污水厂进行调研，针对原污水厂工艺流程进行了深入彻底的分析。

提出较为可行的改造方案。

在可研报告的编制过程中，我们得到了污水处理厂等X市的有关部门的大力协助，在此我们表示衷心的感谢。

1.总论

1.1项目名称

X市（中心城区）污水处理厂改造工程

1.2工程设计规模

污水处理厂改造规模为10万m3/d（无增减）。

1.3设计污水处理厂改造前后出水水质

（单位mg/L）

改造前

改造后

去除率

BOD5

30

20

E=33%

CODcr

100

60

E=40%

SS

30

20

E=33%

NH3－N

25（30）

8（15）

E=68%（50%）

TP

3

1

E=66.6%

*括号外数值为水温>12℃时的控制指标，括号内数值为水温≤12℃时的控制指标。

1.4污水处理厂工艺确定

根据方案对比，本工程确定填料活性污泥工艺作为本工程的实施方案。

1.5工程投资

本工程工程总投资为2222.18万元。

2.概述

2.1建设单位

X市污水处理厂有限责任公司

2.2编制依据

（1）《设计任务委托书》—X市南郊污水处理厂有限责任公司；

（2）《让C河休养生息》—国家环保总局局长周生贤在C河流域水污染防治工作会议上的讲话；

（3）《投资项目可行性研究指南》—国家发展计划委员会；

（4）《市政公用工程设计文件编制深度规定》—中华人民共和国建设部2004年3月；

（5）《国务院关于印发节能减排综合性工作方案的通知》国发〔2007〕15号；

（6）《X市中心城区污水处理厂施工图》—xxxxxxx设计研究院。

2.3编制原则

根据国家有关技术、经济等方面的政策和本工程对污水处理工程的要求，确定以下编制原则：

（1）结合污水处理厂实际情况，符合X市区域污染综合治理及排水系统总体发展规划的要求。

（2）在治理污染的同时，变害为利，充分利用污水资源。

（3）根据用户需要，合理确定工艺，考虑国家和地方财政的支付能力，控制投资数额，达到切合实际，降低工程费用的目的。

（4）采用新技术、新设备、新材料。

（5）统筹考虑施工方便、管理维护便捷、运转安全等因素，工程的自控水平要达到国内外的先进水平。

（6）尽量缩短建设周期，使污水处理厂尽快恢复生产。

2.4项目概况

2.4.1改造规模

根据X市实际情况，本工程工作内容为，改造10万m3/d污水处理厂一座，改造后污水厂出水能够达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918-2002一级标准中的B类标准。

2.4.2城市性质与行政区划

X市位于A省西部，B平原的西缘，C岭东南侧，地理位置为东经，北纬，年平均气温3.4摄氏度，年平均降水量520.3mm，年日照2708小时，无霜期135天，常年主导风向为西北风，夏季多南风，属温带大陆性气候。

市域内C河由北向南贯穿全境，地下水较丰富，矿产资源储量较大，土质肥沃。

X市辖7区（合称市区），包括：

A区、B区、C区、D区、E区、F区、G区，其中A区、B区及C区组成中心城区，1市（H市），8县（Z县、V县、J县、K县、L县、N县、M县、Y县）。

市域总面积42469km2，其中各市镇城区总面积4310km2，X市区132.9km2。

2002年末市域总人口712.95万人，平均密度为132人／km2，非农业人口197．83万人，市域非农业化水平为3527％，X城市规划区人口143．85万人，人口密度O．87万人/km2。

2002年末完成国民生产总值33140亿元，其中第一、二、三产业在国民生产总值构成比例分别为268％、332％、40O％。

2.4.3历史沿革

2.4.4气象水文

X市属于大陆性季风气候，其特点是春季大风干旱，夏季高温多雨，秋季短暂早霜，冬季漫长严寒，年平均气温2.3℃，极端最高气温41.6℃，极端最低气温-42.2℃。

年日照2708小时，无霜期135天，冰冻期平均为195天，历年土壤最大冰冻厚度2.25m。

降雨集中在七、八月内，约占全年降水量的68.8%，年平均降雨量为520.3毫米，平均降水日数为88天。

年平均蒸发量1307.4mm。

常年主导风向为西北风，夏季多南风。

X境内有大小江河174条，多由市域外流入，有湖泡800余个，总水域面积1630平方公里。

主要河流有C河、诺敏河、音河、雅鲁河等，入境总水量为年203亿立方米。

C河百年一遇洪水位标高为149.00m。

C河属季节性河流，流量变化较大，夏季流量大，冬季流量小，保证率95%的最小流量为2.33m3/s。

X市城市建设按地震烈度六度设防。

2.4.5建设目标

本工程的目标是围绕C河水质保护和节能减排的大背景下，配合国家和地方环保部门将这项工作做好、做实。

将污水处理厂排放标准提高到《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918-2002一级标准中的B类标准，彻底解决X市内现有居民、公共设施和工业企业对C河乃至C河流域的污染问题，改善X市的环境状况，为居民创造良好的生活居住环境，促进社会稳定发展，为X市的经济发展提供更为良好的社会环境。

2.4.6项目总投资及效益情况

推荐方案项目总投资为2222.18万元。

本项目建设资金由企业自筹。

本项目拟三个月改造完成，项目改造完成后将极大的改善人民的生活环境、社会环境、投资环境，推动工业生产和城市建设的发展。

因此，具有显著的社会效益和环境效益。

2.5项目建设的必要性和可行性

2.5.1项目建设的必要性

备受关注的C河水污染事件发生以后，让人们更加真切体会到保护环境的重要性和迫切性，不能以牺牲环境来换取经济效益，要按照可持续发展的观点搞经济建设，实现全面建设小康社会的奋斗目标。

国家环保总局在XX市举行《C河流域水污染防治规划》征求意见会上还提到，我国计划从今年起用5年时间，投入266亿元，全流域治理C河水污染。

到2010年，C河干流水质达到Ⅲ类；C河水质达到Ⅲ类。

按照X市总体规划，X市的发展目标是充分发挥X市地理优势与交通优势，以发展机械加工，农副产品加工，旅游商贸经济为主体，以扩大开放吸引外来投资为主导，不断提高城市的综合经济实力，增强城市辐射功能，把X市建设成为工业化、城镇化水平较高，基础设施完善，生态建设得以可持续发展的区域中心城市。

随着污水处理厂的改造完成，能够有效控制城市污水对C河乃至C河水域的污染；从根本上消除水污染对周围人民造成的危害，使环境得以美化；有力地促进X市及其下游经济的迅猛发展。

综上所述，改造X市污水治理工程是十分必要的。

2.5.2项目建设的可行性

X市地处中国的东北地区，气候寒冷，运行污水处理厂有一定的难度。

但根据东北地区及国外相类同气候地区的工程经验，证明在X市建设运行污水处理厂是可行的。

东北地区许多污水处理厂的成功运行，为我们积累丰富的设计及运行经验。

因此，只要污水处理厂的设计参数选用合理，工程措施采用得当，取得良好的处理效果是不存在任何问题的。

本工程位于X市原污水处理厂，交通运输便利，施工用水、用电可从市区就近引入，工程建设条件良好。

污水处理工程属城市公益事业，以往排水设施都被无偿使用，导致城市管网长期得不到改造，污水处理设施迟迟得不到建设。

因此，必须采取相应措施，解决城市公用设施的无偿使用问题。

随着人们环保意识的普遍增强，建设城市排水设施得民心，顺民意，一定会得到广大市民和各企业的理解和支持，使污水处理产生显著的经济效益、社会效益和环境效益。

2.6污水处理厂现状及存在问题

2.6.1污水厂现状

本污水厂于2000年开始建设，建设规模10万m3/d，排放标准为《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB8798-1996二级标准（已废止）。

工程占地9.98公顷。

工艺为AB法。

污水及污泥处理工艺构筑物有粗格栅间、污水提升泵站、细格栅间、曝气沉砂间、A段曝气池、中间沉淀池、B段曝气池、二沉池、排水泵房、回流污泥泵房、鼓风机房、污泥浓缩池、浓缩污泥提升泵房、污泥脱水间；配套工程有清水池、送水泵房、变配电设施、供热设施、综合楼等。

本污水厂建成后，运行基本正常，达到原设计标准。

几年来对控制X市及其下游江段的水质污染做出重要贡献。

2.6.2污水厂存在问题

几年来，污水厂管理到位，目前已达产并正常运行，但是由于原设计标准已不符合目前环保部门对污水处理厂出水水质的要求。

按照《国务院关于印发节能减排综合性工作方案的通知》（国发〔2007〕15号），本污水厂应增加除磷脱氮工艺，出水指标应达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918-2002一级标准中的B类标准。

参照这一标准，污水厂主要存在以下几方面的问题：

（1）由于新标准对BOD和氨氮去除率要求更高，因此原曝气量不足。

（2）由于工艺流程中没有脱氮工艺，且曝气量不足，因此氨氮和总氮的去除效果不佳。

（3）剩余污泥在浓缩池浓缩，停留时间长，磷又重新释放，导致磷的去除率不高。

3.方案论证

3.1处理水质指标

3.1.1设计进水水质

根据污水厂水质监测资料显示，污水处理厂进水指标如下：

:

BOD5≤200mg/1，CODcr≤400mg/1，SS≤180mg/1，氨氮≤40mg/1，TP≤3.5mg/1。

3.1.2设计出水水质

由于本工程污水处理厂的受纳水体为C河，按照总体规划，到2010年C河的目标水质为III类，因而要求污水处理厂出水水质应提高到《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918-2002一级标准中的B类标准。

3.2污水处理工艺论证

选择二级处理方案的原则主要有以下几点：

●对所需去除的污染物有较高的处理效率，具有国际先进水平的工艺流程；

●投资及运行成本应较低；

●具有很强的抗冲击负荷能力；

●具有足够的经验以资借鉴；

●操作和维修简单；

●在国内有成熟的运行管理经验。

根据本工程的进出水水质要求，最终选用的污水处理工艺必须具有脱氮除磷的功效。

根据本工程的自身特点，以下主要针对曝气生物滤池工艺和填料活性污泥进行分别论述。

3.2.1曝气生物滤池工艺

曝气生物滤池（biologicalaeratedfilter）简称BAF，是20世纪80年代末90年代初在普通生物滤池的基础上，并借鉴给水滤池工艺而开发的污水处理新工艺。

自80年代在欧洲建成第一座曝气生物滤池污水处理厂后，曝气生物滤池已在欧美和日本等发达国家广为流行，目前世界上已有数百座污水处理厂采用了这种技术。

随着研究的深入，曝气生物滤池从单一的工艺逐渐发展成系列综合工艺，具有去除SS、COD、BOD、硝化、脱氮除磷、去除AOX（有害物质）的作用，其最大特点是集生物氧化和截留悬浮固体于一体，节省了后续二次沉淀池，在保证处理效果的前提下使处理工艺简化。

此外，曝气生物滤池工艺有机物容积负荷高、水力负荷大、水力停留时间短、所需基建投资少、能耗及运行成本低，同时该工艺出水水质高。

根据其不同的池型结构形式和选用的生物膜载体的不同，曝气生物滤池主要可分为三大类别，即德国PHILIPPMüLLER公司的BIOFOR、法国OTV公司的BIOSTYR、瑞士VATATECHWABAGWinterthur公司的BIOPUR，而在国内应用较多的是类似于德国PHILIPPMüLLER公司的BIOFOR结构形式的曝气生物滤池，该种形式的滤池采用陶粒作为微生物的载体。

本处理工艺流程框图如下：

原污水厂出水

→

提升泵房

→

一级曝气

生物滤池

→

二级曝气

生物滤池

↓

出水

←

消毒

3.2.2填料活性污泥工艺

填料活性污泥工艺为在不增加原生化池容积的基础上，增加除磷脱氮工艺。

为弥补生化池容积不足的问题，在生化池内增加填料，使生化池内微生物量大量增加。

因此可在污泥负荷基本不变的情况下，去除更多的BOD和氮磷等污染物。

3.3污泥处理工艺论证

污水经处理后，水中的大多数有机物和无机物都转化为污泥，如果污泥处置不当，将会造成二次污染，形成新的公害，使城市污水处理事倍功半。

一般现行的污泥处理流程框图如下：

剩余污泥

→

浓缩池

→

脱水间

→

外运

污泥经浓缩池后进行脱水，能够有效节约能量，降低泥饼的含水率。

但是，由于浓缩池停留时间过长，且池内处于厌氧状态。

因此磷很容易重新释放到上清液中。

因此应考虑在污泥浓缩池进水管上投加生石灰，以促进磷的沉淀并通过调整PH来阻止磷的释放。

3.4各设计方案技术经济比较

以下主要针对曝气生物滤池方案、填料活性污泥方案进行一系列技术经济比较。

3.4.1各方案技术经济比较

（1）技术比较

各方案主要优缺点比较表

方案\项目

主要优点

主要缺点

运行管理

曝气生物滤池方案

1.建设期间污水厂不停产；

2.氨氮去除率高；

3.出水水质好。

1.需增加占地；

2.建设周期长；

3.构筑物构造复杂，施工难度大。

4.过分依赖自动控制。

1.自动化程度高，运行控制简单。

2.设备较多，维护量较大。

填料活性污泥方案

1.建设时间短；

2.无需增加构筑物，避免重新征地。

1.改造期间需停产。

1.对自控水平要求低。

（2）经济比较

各方案经济比较表

方案\项目

总投资

（万元）

单位经营成本

（元/吨）

总成本

（元/吨）

年用电量

（万度/年）

曝气生物滤池方案

2862.37

0.22

0.31

436.72

填料活性污泥方案

2222.18

0.07

0.099

288.33

根据以上经济技术比较，在技术上，填料活性污泥方案建设时间短，不增加占地，管理维护方便，对运管人员素质要求不高，更适合污水厂目前的实际情况。

在经济上，填料活性污泥方案也明显优于其它方案。

因此我们推荐填料活性污泥方案作为本工程的处理工艺。

4.工程方案内容

4.1设计原则

（1）结合X市城市发展总体规划，符合区域污染综合治理及X市排水系统总体发展规划的要求。

（2）根据用户需要，合理确定工程规模，考虑国家和地方财政的支付能力，控制投资数额，达到切合实际，降低工程费用的目的。

（3）采用新技术、新设备、新材料、新工艺。

（4）统筹考虑施工方便、管理维护便捷、运转安全等因素，工程的自控水平要达到国内外的先进水平。

（5）尽量节约用地，注重环境保护。

4.2原污水厂工艺设计介绍

4.2.1总体情况

污水厂设计规模10万m3/d，总占地面积9.98公顷。

污水及污泥处理工艺构筑物有粗格栅间、污水提升泵站、细格栅间、曝气沉砂间、A段曝气池、中间沉淀池、B段曝气池、二沉池、排水泵房、回流污泥泵房、鼓风机房、污泥浓缩池、浓缩污泥提升泵房、污泥脱水间。

配套工程包括清水池、送水泵房、变配电设施、供热设施、综合楼等。

4.2.2粗格栅间

污水提升泵房前设置机械粗格栅，以保护污水提升泵不受损害。

粗格栅主要设计参数如下：

数量：

1座

设计水量：

Q=1.39m3/S，

过栅流速：

V=0.8m/s

栅条宽度：

S=10mm

栅条间距：

b=25mm

格栅倾角：

=70

栅前水深：

1.40m

栅前进水总渠流速：

0.55m/s

采用两台机械格栅除污机，每一格栅设一过水渠道，渠宽1.0m，为便于格栅的逐个检修，在每个过水渠道的格栅前后各设一个电动提板闸。

粗格栅间内设一台皮带输送机，清除的栅渣经输送机送至栅渣收集间后外运。

按1000m3污水产生0.05m3栅渣计算，每天栅渣量为5～6m3，栅渣含水率在80%左右。

格栅间内设一台电动单梁悬挂起重机，起重量为2.0吨。

还设有轴流风机，定时通风及排气。

格栅除污机和栅渣输送机的开、停根据格栅前、后液位差和时间程序自动控制，也可手动控制。

由于粗格栅间与污水总提升泵房合建，因此本设计采用粗格栅间与污水提升泵房公用一座配电值班室。

4.2.3污水提升泵房

污水提升泵房采用半地下式钢筋混凝土结构，泵间平面尺寸18m×9m。

污水提升泵采用无堵塞潜水排污泵，该泵安装、检修简单，易于管理，土建施工较容易。

一期工程的主要设计参数如下：

设计水量（一期）：

1.39m3/s

一期工程共设4台立式潜水排污泵（3用1备），单台泵参数为：

提升水量：

Q=1667m3/h

扬程：

H=12m

电机功率：

N=75kw

为便于泵站内设计机组的检修及安装，在泵间内设有一电动单梁悬挂起重机，起重量为2吨，起吊高度为9米。

污水提升泵的开、停根据泵吸口的液位进行控制。

4.2.4细格栅间

细格栅主要设计参数如下：

数量：

1座

设计水量：

Q=1.39m3/S，

过栅流速：

V=0.8m/s

栅条间距：

b=6mm

格栅倾角：

=60

栅前水深：

1.10m

栅前进水总渠流速：

0.54m/s

采用两台阶梯式机械格栅除污机及一台手动格栅（不锈钢格栅，栅距10mm），每一机械格栅设一过水渠道，渠宽1.3m，为便于格栅的逐个检修，在每个过水渠道的格栅前后各设一个电动提板闸。

细格栅间内设一台无轴螺旋输送压榨机，清除的栅渣经输送压榨机脱水后外运。

按1000m3污水产生0.05m3栅渣计算，每天栅渣量为5～6m3，栅渣含水率在80%左右。

在格栅过水渠道上方设一座格栅间，作为格栅操作和检修的场所，格栅间内设一台电动单梁悬挂起重机，起重量为2.0吨。

还设有轴流风机，定时通风及排气。

格栅除污机和栅渣输送压榨机的开、停根据格栅前、后液位差和时间程序自动控制，也可手动控制。

4.2.5曝气沉砂池

本工程沉砂池采用曝气沉砂池，设计流量按一期为1.39m3/s，共设两池，单池设计参数如下：

平面尺寸：

16.0m×3.5m

有效水深：

2.5m

停留时间：

>3.0min

水平流速：

0.08m/s

采用吸砂桥排砂，两池共用一套吸砂桥，考虑到在冬季设备可正常运行，两座沉砂池设在一座沉砂间内，沉砂间平面尺寸24m×15m。

沉在池底的砂砾，由排砂泵提升至吸砂桥上的砂水分离器内进行砂水分离。

脱水后的砂外运填埋。

吸砂桥上共设两套砂泵及一台砂水分离器。

曝气沉砂间内设2台鼓风机，每立方米污水用气量按0.2m3控制。

4.2.6A段曝气池

曝气沉砂池出水进入A段曝气池，根据曝气池进水水质和预去除率的要求，曝气池采用推流式曝气池。

主要设计参数如下：

总设计水量：

Q=12×104m3/d=1.39m3/s

进水BOD5：

200mg/L

出水BOD5：

100mg/L

污泥负荷：

2.2kg.BOD5/kg.MLVSS/d

混合液污泥浓度：

2200mg/L

混合液挥发性污泥浓度：

1364mg/L

污泥指数：

SVI=80

曝气时间：

0.81小时

污泥龄：

0.54d

污泥回流比：

20%～50%

污泥产率系数a=0.8825，内源呼吸率b=0.087，SS产泥系数取为0.50。

一期工程共设两座推流式曝气池，单池平面尺寸24.0m×17.4m，有效水深5.0m，每池设三廊道，每廊道宽5.0m。

采用微孔曝气器进行充氧、搅拌，氧的利用率按18%计算，池内溶解氧含量按0.5mg/L控制。

两座曝气池的进、出水完全分开，并设有进、出口闸门。

氧化每公斤BOD需氧量a'取为0.31，污泥自身氧化率b'取为0.132。

曝气池的运行及控制的主要参数有BOD负荷、污水水温、PH值、溶解氧浓度、各营养物的平衡、污泥指数、污泥沉降比及各类有毒物质的监测。

通过对上述各参数的控制及监测，保证曝气池在良好的环境下工作，保证出水水质。

4.2.7中沉池

A段曝气池出水进入中间沉淀池，总设计流量1.39m3/s。

中沉池选用中心进水周边出水辐流式沉淀池，一期工程设两座中沉池。

单池主要设计参数如下：

设计流量：

Q=0.695m3/s

表面负荷：

q=1.5m3/m2.h

沉淀时间：

T=2.0小时

中沉池单池直径46m，池周边水深5.18m。

中沉池污泥通过管道连续排入A段污泥回流泵房。

每座中沉池设有一条DN1200的进水管，一条DN600排泥管、一条DN600放空管及一条DN200的排渣管。

每座中沉池的出水通过一条DN1000的管道进入B段曝气池。

中沉池的污泥连续排入A段污泥回流泵房。

另外，考虑污水处理厂与氧化塘联合运行，在中沉池出水管上设有超越至氧化塘的管道，超越管道采用D1220×12钢管。

中沉池排泥采用中心驱动刮泥机，每池设46m刮泥机一套。

经过对国内、外多种中心驱动刮泥机的技术经济比较，本设计采用美国西方技术公司研制的COP沉淀池中心驱动刮泥机。

4.2.8B段曝气池

中沉池出水进入B段曝气池，根据曝气池进水水质和预去除率的要求，曝气池采用推流式曝气池。

主要设计参数如下：

总设计水量：

Q=11×104m3/d=1.27m3/s

进水BOD5：

100mg/L

出水BOD5：

30mg/L

污泥负荷：

0.15kg.BOD5/kg.MLVSS/d

混合液污泥浓度：

3000mg/L

混合液挥发性污泥浓度：

2190mg/L

污泥指数：

SVI=120

曝气时间：

5.11小时

污泥龄：

16.0d

污泥回流比：

30%～100%

污泥产率系数a=0.53，内源呼吸率b=0.016，SS产泥系数取为0.195。

一期工程共设四座推流式曝气池，单池平面尺寸78m×15.6m，有效水深5.0m，每池设三廊道，每廊道宽5m。

采用微孔曝气器进行充氧、搅拌，氧的利用率按18%计算，池内溶解氧含量按2.0mg/L控制。

氧化每公斤BOD需氧量a'取为0.504，污泥自身氧化率b'取为0.11。

曝气池的运行及控制的主要参数有BOD负荷、污水水温、PH值、溶解氧浓度、各营养物的平衡、污泥指数、污泥沉降比及各类有毒物质的监测。

通过对上述各参数的控制及监测，保证曝气池在良好的环境下工作，保证出水水质。

4.2.9二沉池

B段曝气池出水进入二沉池，总设计流量1.16m3/s。

二沉池选用中心进水周边出水辐流式沉淀池，一期工程设四座二沉池。

单池主要设计参数如下：

设计流